Metabolic engineering of Escherichia coli to enhance protein production by coupling ShCAST-based optimized transposon system and CRISPR interference

清脆的 转座酶 转座因子 Cas9 质粒 CRISPR干扰 基因组编辑 换位(逻辑) 生物 反式激活crRNA 大肠杆菌 基因组工程 DNA 基因 遗传学 计算生物学 基因组 计算机科学 人工智能
作者
Chin-Wei Chang,Jingwen Huang,You-Hsuan Lu,Nam Ngoc Pham,Jui Tu,Yen-Tzu Tung,Chia-Yi Yen,Yi Tu,Chih‐Che Shen,Ming-Chen Chien,Ya-Hui Lin,Shu‐Wei Yang,Mai Thanh Thi Nguyen,Dang Huu Pham,Yu‐Chen Hu
出处
期刊:Journal of The Taiwan Institute of Chemical Engineers [Elsevier]
卷期号:144: 104746-104746 被引量:10
标识
DOI:10.1016/j.jtice.2023.104746
摘要

CRISPR-Cas9 induces double-strand break (DSB) for gene editing, but integration efficiency is low in some E. coli strains such as BL21(DE3). CRISPR-associated transposon from cyanobacterium Scytonema hofmanni (ShCAST) is a novel system comprising transposase and Cas12k for RNA-guided, DSB-free DNA transposition. However, ShCAST was developed in the specialized E. coli strain and its application is limited by off-target effect and plasmid DNA co-integration. To overcome the drawbacks of ShCAST, we developed a ShCAST-based Optimized Transposition (SHOT) methodology by elevating Cas12k expression with an independent strong promoter, lowering the editing temperature and colony re-streaking. SHOT enhanced on-target integration into sites difficult to edit by ShCAST without detectable off-target effects, and eliminated plasmid co-integration in BL21(DE3). SHOT enabled ≈97% integration of large DNA (≥14.5 kb) and multiplexed integration into difficult-to-edit loci, hence expediting generation of stable strains. We further leveraged SHOT to integrate a 10.3 kb CRISPR interference module into BL21(DE3) for multiplexed suppression of acid-producing genes, hence attenuating acid byproduct formation and increasing recombinant protein production. SHOT also facilitated DSB-free engineering of other difficult-to-edit E. coli and bacterial strains. Collectively, SHOT overcomes the shortcomings of CRISPR-Cas9 and ShCAST and facilitates genome engineering of difficult-to-edit E. coli strains.
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